Manual de Soldadura Electrica Mig y Tig

11rara. Edicin. Edicin

20012001

L ibrer ia y Ed itor ial Als inaParana 137 - buenos a ires - argentina

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Queda hecho el depsito que establece la ley 11.723Buenos Aires, 2001

Diseo de Tapa, diagramacin, grficas y armado de interior:

Pedro Claudio Rodrguez

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INDICE GENERAL

CAPITULO 1: IntroduccinDescripcin histrica, pg. 5; Resea histrica, pg. 6; Alcances, pg. 13;Equipo de seguridad mnimo, pg. 14.

CAPITULO 2: Soldadura por Arco ProtegidoIntroduccin, pg. 15; Equipo elctrico bsico para Soldadura por arco,pg. 15; Comenzando a soldar, pg. 23; Uniones bsicas con arco prote-gido (SMAW), pg. 30; Soldadura de arco con corriente continua (CC),pg. 34.

CAPITULO 3: Soldadura TIG GTAWIntroduccin histrica, pg. 39; Descripcin preliminar, pg. 39; Equipobsico para TIG GTAW, pg. 41; Comenzando a usar un sistema TIG GTAW, pg. 46; Detalle para la ejecucin de soldadura TIG en diversosmetales, pg. 50.

CAPITULO 4: Soldadura MIG GMAWDescripcin histrica, pg. 55, Equipo bsico, pg. 55; Funcionamientoen la zona del arco, pg. 56; Comenzando a soldar, pg. 61.

Bibliografa Consultada, pg. 63.

CAPITULO 1

INTRODUCCION

Descripcin histrica

El trmino soldadura lo podemos definir como la unin mecnica-mente resistente de dos o ms piezas metlicas diferentes. La primeramanifestacin de ello, aunque poco tiene que ver con los sistemasmodernos, se remonta a los comienzos de la fabricacin de armas. Lostrozos de hierro por unir eran calentados hasta alcanzar un estado pls-tico, para ser as fcilmente deformados por la accin de golpes sucesi-vos. Mediante un continuo golpeteo se haca penetrar parte de una piezadentro de la otra. Luego de repetitivas operaciones de calentamiento,seguidos de un martilleo intenso, se lograba una unin satisfactoria. Estemtodo, denominado caldeado, se continu utilizando hasta no hacemucho tiempo, limitando su uso a piezas de acero forjable, de diseosencillo y de tamao reducido.

Los diversos trozos o piezas metlicas que se deseen fijar permanen-temente entre si, deben ser sometidas a algn proceso que proporcioneuniones que resulten lo ms fuertes posibles. Es aqu cuando para tal fin,los sistemas de soldadura juegan un papel primordial.

El calor necesario para unir dos piezas metlicas puede obtenerse atravs de distintos medios. Podemos definir dos grandes grupos. Los sis-temas de calentamiento por combustin con oxgeno de diversos gases(denominados soldadura por gas), y los de calentamiento mediante ener-ga elctrica (por induccin, arco, punto, etc.).

Las uniones logradas a travs de una soldadura de cualquier tipo, seejecutan mediante el empleo de una fuente de calor (una llama, un sis-tema de induccin, un arco elctrico, etc.).

Para rellenar las uniones entre las piezas o partes a soldar, se utilizanvarillas de relleno, denominadas material de aporte o electrodos, realiza-das con diferentes aleaciones, en funcin de los metales a unir. En la sol-dadura, las dos o ms piezas metlicas son calentadas junto con el mate-

rial de aporte a una temperatura correcta, entonces fluyen y se fundenconjuntamente. Cuando se enfran, forman una unin permanente. Lasoldadura as obtenida, resulta tan o ms fuerte que el material originalde las piezas, siempre y cuando la misma est realizada correctamente.

Resea histrica

Resulta dificultoso determinar con exactitud en que pas y en quemomento se han desarrollado ciertas tcnicas de soldadura en particular,ya que la experimentacin ha sido simultnea y contnua en diversoslugares. Aunque los trabajos con metales han existido desde hace siglos,los mtodos tal cual como los conocemos hoy, datan desde el principio deeste siglo.

En 1801, el ingls Sir H. Davy descubri que se poda generar y man-tener un arco elctrico entre dos terminales.

En 1835, E. Davey, en Inglaterra, descubri el gas acetileno, peropara dicha poca su fabricacin resultaba muy costosa. Recin 57 aosdespus (1892), el canadiense T. L. Wilson descubri un mtodo econ-mico de fabricacin. El francs H. E. Chatelier, en 1895, descubri la com-bustin del oxgeno con el acetileno, y en 1900, los tambin franceses E.Fouch y F. Picard desarrollaron el primer soplete de oxiacetileno.

En el ao 1881, el francs De Meritens logr con xito soldar diversaspiezas metlicas empleando un arco elctrico entre carbones, emplean-do como suministro de corriente acumuladores de plomo. Este fue el pun-tapi inicial de muchas experiencias para intentar reemplazar el caldea-do en fragua por este nuevo sistema. La gran dificultad hallada para for-jar materiales ferrosos con elevado contenido de carbono (aceros), moti-v diversos trabajos de investigacin de parte de los ingenieros rusos S.Olczewski y F. Bernardos, los que resultaron exitosos recin en el ao1885. En dicho ao se logr la unin en un punto definido de dos piezasmetlicas por fusin. Se utiliz corriente contnua, produciendo un arcodesde la punta de una varilla de carbn (conectada al polo positivo) hacialas piezas a unir (conectadas al polo negativo). Dicho arco produca sufi-ciente calor como para provocar la fusin de ambos metales en el planode unin, que al enfriarse quedaban mecnicamente unidos.

El operario comenzaba el trabajo de soldadura apoyando el electrodode carbn, el que estaba provisto de un mango aislante, sobre la parte

Manual de Soldadura - Pedro Claudio Rodrguez 6

por soldar hasta producir chisporroteo, y alejndolo de la pieza hasta for-mar un arco elctrico contnuo. Para lograr dicho efecto, se deba aplicaruna diferencia de potencial suficiente para poder mantener el arco elc-trico a una distancia relativamente pequea. Una vez lograda la fusin delos metales en el punto inicial de contacto, se comenzaba el movimientode traslacin del electrodo hacia el extremo opuesto, siguiendo el con-torno de los metales por unir, a una velocidad de traslacin uniforme ymanteniendo constante la longitud del arco producido, lo que es equiva-lente a decir mantener fija la distancia entre el electrodo y la pieza.

Las experiencias que necesariamente se realizaron para determinarlas condiciones ptimas de trabajo para lograr una unin metlica sindefectos, permitieron verificar desde aquel entonces que con el arco elc-trico se poda cortar metal o perforarlo en algn sitio deseado.

Los trabajos de soldadura efectuados no eran eficientes, ya que resul-taba difcil gobernar el arco elctrico, debido a que este se generaba enforma irregular. Continuando con los ensayos en funcin de obtenermejores resultados, se obtuvo un xito concluyente al invertir la polari-dad de los electrodos (pieza conectada al positivo), debido a que en estascondiciones el arco no se genera desde cualquier punto del electrodo decarbn, sino slo desde la punta, es decir, en el mismo plano de la unin.

El comportamiento del arco, segn la polaridad elegida, llev en 1889al fsico alemn, el doctor H. Zerener, a ensayar un tipo de soldadura porgeneracin de un arco elctrico entre dos electrodos de carbn. Comobajo estas condiciones no se lograba buena estabilidad en el arco produ-cido, adicion un electroimn, el cual actuaba sobre el mismo dirigindo-lo magnticamente en el sentido deseado. Ello produca sobre el arcoelctrico un efecto de soplado. Por este motivo se denomin a este tipode soldadura por arco soplado, encontrndose interesantes aplicacionesen procesos automticos para chapas de poco espesor. El flujo del arcose regulaba con facilidad, variando la corriente de excitacin Ie del elec-troimn, y por ende variando el campo magntico producido (fig. 1.1). Elarco elctrico resultante era de gran estabilidad. Los dos electrodos decarbn (1) y el electroimn (2) eran parte de un solo conjunto porttil.

El metal utilizado como aporte surga de una tercer varilla metlica(3), la cual se ubicaba por debajo del arco, ms cerca de la pieza. Con elcalor producido, se funda el metal de base (5) conjuntamente con elaporte de la varilla, generando la unin (4).

Captulo 1: Introduccin 7

Este sistema fue utilizado industrialmente por primera vez en el ao1899 por la firma Lloyd & Lloyd de Birmingham (Inglaterra), para soldarcaos de hierro de 305 mm de dimetro, los que luego de soldados erancapaces de soportar una prueba hidrulica de 56 atmsferas.


Fig. 1.1 Soldadura por arco soplado (Mtodo Zerener)

Fig. 2.1 Soldadura por arco con electrodos metlicos

Se trabajaba empleando 3 dnamos de 550 Amperes cada uno y conun potencial de 150 Volts, los cuales cargaban una batera de 1.800 acu-muladores Plant, destinados a proveer una fuerte corriente en un brevelapso de tiempo.

En los Estados Unidos, en 1902, la primer fbrica que comenz a uti-lizar industrialmente la soldadura por arco con electrodo de carbn fueThe Baldwin Locomotive Works.

El excesivo consumo de electrodos de carbn y el deseo de simplifi-car los equipos de soldadura, hicieron que en el ao 1891, el ingenieroruso N. Slavianoff sustituyera los electrodos de carbn por electrodos demetal (fig. 1.2). Este cambio produjo mejoras en las uniones de los meta-les (a nivel metalogrfico), al evitar la inclusin de partculas de carbn(aportadas por los mismos electrodos antes utilizados) dentro de la masade metal fundido, y luego retenidas en la misma al solidificarse.

El mtodo Slavianoff, con algunas mejoras tcnicas implementadas en1892 por el estadounidense C. L. Coffin (quien logr desarrollar el mto-do de soldadura por puntos), ha sido usado hasta la fecha y es la solda-dura por arco conocida en la actualidad. A partir de las determinacionesde Slavianoff se continuaron empleando indistintamente electrodos decarbn y/o metlicos.


Fig. 1.3 Soldadura por arco con atmsfera de gas (Mtodo Alexander)

En el ao 1910 se abandon definitivamente el electrodo de carbn.Se comenzaron a utilizar electrodos de hierro sin recubrir, pero se obtu-vieron resultados deficientes debido a la poca resistencia a la traccin ya su reducida ductilidad.

La nociva accin de la atmsfera (oxidacin acelerada por el calenta-miento) sobre los electrodos sin recubrir durante la formacin del arco,llev a los investigadores a tratar de solucionar dichos inconvenientes.Una de las primeras experiencias en busca de evitar dicho problema, sedebi a los ensayos realizados por Alexander, quien pens en eliminar laaccin perniciosa del oxgeno que rodeaba al arco, haciendo que este lti-mo se produjera en una atmsfera de gas protector (fig. 1.3 en pg. 5),donde se observa el metal base a soldar (1), el portaelectrodo con elelectrodo ubicado (2), y el abastecimiento de gas (3). Alexander ensaycon diversos gases, logrando buenos resultados con el metanol, pero esterequera de un complejo equipamiento, por lo que lo haca poco viable.Retomando y modificando la idea original de Alexander, en 1907 O.Kjellberg, revisti los electrodos con material refractario aglomerado,rodeando el electrodo con una sustancia slida que posea idntico puntode fusin que el metal de aporte.

Al producirse el arco elctrico, ambas, se fundiran simultneamente,formando una cascarilla sobre el metal fundido brindando la adecuada


Fig. 1.4 Electrodo metlico con recubrimiento en plena accin

proteccin contra el oxgeno del ambiente en la etapa de enfriamiento.En 1908, N. Bernardos desarroll un sistema de electroescoria que se

volvi muy popular en su momento. Los electrodos fusionables, fueron mejorados nuevamente en 1914

por su creador, el sueco O. Kjellberg junto al ingls A. P. Strohmenger.Quedaron constituidos por una varilla de una aleacin metlica (metal deaporte) y un recubrimiento especial a base de asbesto, tal como los quese utilizan en la actualidad (fig. 1.4).

En 1930, los estadounidenses H. M. Hobart y P. K. Devers desarrolla-ron el sistema de soldadura con gas inerte, y basado en ello, el doctorOrving Langmuir, ide la soldadura atmica de hidrgeno. En sta, el arco


Fig. 1.5 Soldadura atmica con atmsfera de H2 (Mtodo Langmuir)

se produce entre dos electrodos insolubles de tungsteno, en una atms-fera de hidrgeno soplando sobre el arco. En la figura 1.5 se observa lafuente elctrica (5), la provisin de hidrgeno a presin (4), los electro-dos de tungsteno (3), el material de aporte (2) y el material a soldar (1).

Por accin trmica, el hidrgeno molecular se descompone en hidr-geno atmico, el que vuelve a su estado primitivo una vez atravesado elarco, transfiriendo el calor de recombinacin a las piezas por soldar. Estemtodo se emplea en la actualidad para soldar chapas delgadas.

Una variedad del sistema anterior, fue desarrollado en 1942 por elnorteamericano R. Meredith (creador del soplete para TIG) y en 1948 pordiversos ingenieros (desarrollo del sistema MIG), incluyen las soldaduraspor arco en atmsfera de helio o argn, ambos gases inertes que alejanel oxgeno de la zona por soldar. En estos casos, el gas rodea al electro-do de tungsteno, mientras un electrodo o varilla (en caso de ser necesa-rio), provee el metal de aporte o de relleno (fig. 1.6).

Este sistema se utiliza para soldar con xito aleaciones de magnesioy algunas aleaciones livianas.

Los progresos logrados en la industria electrnica, permitieron utilizardichos adelantos para desarrollar as la soldadura por resistencia (a tope,continua y por puntos); la soldadura por induccin para materiales con-ductores del calor; la soldadura dielctrica para los no conductores y, fi-


Fig. 1.6 Esquema de un sistema de soldadura bajo gas protector

nalmente, la alumino-trmica, que resulta una combinacin de un siste-ma de calentamiento con el procedimiento Slavianoff.

La variedad de aplicaciones industriales de los sistemas de soldadurallegaron a un grado tal que inclusive han sustituido en la mayora de loscasos al tradicional forjado y remachado. No solamente significaba unaoperacin ms sencilla y rpida, sino que la eliminacin del remachadopermiti reducir el peso de las construcciones metlicas, al simplificar susestructuras. La soldadura asegura una reduccin de costos apreciable conrespecto a los mtodos de construccin y reparacin empleados antigua-mente. Se han resuelto problemas de estanqueidad y rigidez, eliminn-dose las vibraciones (de difcil resolucin en uniones remachadas).

La soldadura elctrica usada en la actualidad, era desconocida a finesdel siglo pasado. Muchas circunstancias influyeron en el extraordinariodesarrollo adquirido por la misma. La carrera armamentista, potencializel desarrollo en los centros de investigacin cientficos y tcnicos, estu-dios que se cristalizaron en las novedades utilizadas por las distintos pa-ses durante la Segunda Guerra Mundial.

Alcances

Se comprender ahora que las aplicaciones de la soldadura, en gene-ral, son ilimitadas. No basta con conocer slo las normas para aplicarlas,sino que resulta necesario ahondar en los principios que rigen los distin-tos fenmenos que se producen en la estructura metalogrfica.

En este manual, nos dedicaremos a detallar con la mayor extensinposible, los sistemas de soldadura elctrica, poniendo mayor insistenciaen los aspectos prcticos, para que cualquiera que desee incursionar operfeccionarse en este tema, pueda realizarlo sin mayores tropiezos.

La soldadura en general intimida a mucha gente, aunque no deberaser as. Resulta bastante simple su ejecucin, siempre que se sepa sacarventaja del efecto que la temperatura produce sobre cada metal en par-ticular. El principal secreto radica en ser metdico respecto a los procedi-mientos a seguir. La habilidad del operario para realizar algn tipo de sol-dadura luego de una extensa prctica y prueba, depender de la coordi-nacin que el mismo tenga entre su mano y la vista. Si la coordinacines buena, no se tendrn mayores problemas para poder aprender y eje-cutar buenos trabajos en esta rea.


Equipo de seguridad mnimo

Para realizar cualquier tipo de soldadura elctrica, el operario debercontar con el equipo de proteccin necesario. Este cumple con la funcinde proteger al soldador de las chispas y el calor, y de la luz intensa pro-ducida durante el proceso de soldadura elctrica. Las reglas de seguridadque siempre deben ser cumplidas son las siguientes, a saber:

1. Utilizar siempre mscara o casco con vidrios del grado de protec-cin correcto.

2. Antes de comenzar a soldar, examinar si los lentes protectores delcasco no posee grietas o fisuras.

3. Utilizar siempre ropa resistente, junto con delantal de cuero o des-carne con proteccin de plomo. Cubrir el cuerpo y los brazos conropas pesadas y totalmente abotonadas.

4. Antes de comenzar a soldar, comprobar que las dems personasestn protegidas contra las radiaciones que se desprendern porefecto del arco elctrico.

5. Utilizar una pantalla no reflectante para proteger a las personasque trabajan cerca de usted de los destellos luminosos. Nuncacomience a soldar cerca de una persona que no est protegida.

6. Utilizar ropas de color oscuro, ya que las de color claro reflejarnla luz del arco elctrico.

7. Nunca trabajar en un lugar hmedo o con agua, ya que se produ-ciran descargas elctricas a tierra a travs del operario.

8. Compruebe que la pieza y/o el banco de trabajo estn conectadoselctricamente a tierra.


CAPITULO 2

SOLDADURA POR ARCO PROTEGIDO

Introduccin

El sistema de soldadura por arco elctrico es uno de los procesospor fusin para unir piezas metlicas. Mediante la aplicacin de un calorintenso, el metal en la unin de dos piezas es fundido causando una mez-cla de las dos partes fundidas entre s, o en la mayora de los casos, juntocon un aporte metlico fundido. Luego del enfriamiento y solidificacindel material fundido, se obtuvo mediante este sistema una unin mec-nicamente resistente. Por lo general, la resistencia a la tensin y a la ro-tura del sector soldado es similar o mayor a la del metal base.

En este tipo de soldadura, el intenso calor necesario para fundir losmetales es producido por un arco elctrico. Este se forma entre las pie-zas a soldar y el electrodo, el cual es movido manualmente o mecnica-mente a lo largo de la unin (puede darse el caso de un electrodo esta-cionario o fijo y que el movimiento se le imprima a las piezas a soldar).El electrodo puede ser de diversos tipos de materiales. Independiente-mente de ello, el propsito es trasladar la corriente en forma puntual a lazona de soldadura y mantener el arco elctrico entre su punta y la pieza.El electrodo utilizado, segn su tipo de naturaleza, puede ser consumible,fundindose y aportando metal de aporte a la unin. En otros casos,cuando el electrodo no se consume, el material de aporte deber ser adi-cionado por separado en forma de varilla.

En la gran mayora de los casos en que se requiera hacer soldadurasen hierros, aceros al carbono y aceros inoxidables, son de uso comn loselectrodos metlicos recubiertos.

Equipo elctrico bsico para Soldadura por Arco

En la soldadura, la relacin entre la tensin o voltaje aplicado y lacorriente circulante es de suma importancia. Se tienen dos tensiones.

Una es la tensin en vaco (sin soldar), la que normalmente est entre70 a 80 Volt. La otra es la tensin bajo carga (soldando), la cual puedeposeer valores entre 15 a 40 Volt. Los valores de tensin y de corrientevariarn en funcin de la longitud del arco. A mayor distancia, menorcorriente y mayor tensin, y a menor distancia, mayor corriente con ten-sin ms reducida.

El arco se produce cuando la corriente elctrica entre los dos electro-dos circula a travs de una columna de gas ionizado llamado plasma.La circulacin de corriente se produce cumpliendo el mismo principio queen los semiconductores, producindose una corriente de electrones (car-gas negativas) y una contracorriente de huecos (cargas positivas). Elplasma es una mezcla de tomos de gas neutros y excitados. En lacolumna central del plasma, los electrones, iones y tomos se encuen-tran en un movimiento acelerado, chocando entre s en forma constante.La parte central de la columna de plasma es la ms caliente, ya que elmovimiento es muy intenso. La parte externa es mas fra, y est confor-mada por la recombinacin de molculas de gas que fueron disociadas enla parte central de la columna.

Los primeros equipos para soldadura por arco eran del tipo de corrien-te constante. Han sido utilizados durante mucho tiempo, y an se utili-zan para Soldadura con Metal y Arco Protegido (SMAW siglas del inglsShielded Metal Arc Welding), y en Soldadura de Arco de Tungsteno con


Mango porta electrodos

Electrodo

Pieza

Arco

Cable hacia el electrodo

Cable hacia la pieza

Equipo de soldadura de CA CC

Fig. 2.1 Circuito bsico para soldar por arco elctrico

Gas (GTAW siglas del ingls Gas-Tungsten Arc Welding), porque en estosprocesos es muy importante tener una corriente estable.

Para lograr buenos resultados, es necesario disponer de un equipo desoldadura que posea regulacin de corriente, que sea capaz de controlarla potencia y que resulte de un manejo sencillo y seguro. Podemos clasi-ficar los equipos para soldadura por arco en tres tipos bsicos:

1. Equipo de Corriente Alterna (CA).2. Equipo de Corriente Continua (CC).3. Equipo de Corriente Alterna y Corriente Continua combinadas.

Ahora detallaremos uno por uno los equipos enunciados previamente.

1. Equipo de Corriente Alterna: Consisten en un transformador.Transforman la tensin de red o de suministro (que es de 110 220 Volt en lneas monofsicas, y de 380 Volt entre fases de ali-mentacin trifsica) en una tensin menor con alta corriente. Estose realiza internamente, a travs de un bobinado primario y otrosecundario devanados sobre un ncleo o reactor ferromagnticocon entrehierro regulable.

2. Equipo de Corriente Continua: Se clasifican en dos tipos bsi-cos: los generadores y los rectificadores. En los generadores, lacorriente se produce por la rotacin de una armadura (inducido)dentro de un campo elctrico. Esta corriente alterna trifsica indu-cida es captada por escobillas de carbn, rectificndola y convir-tindola en corriente Continua. Los rectificadores son equipos queposeen un transformador y un puente rectificador de corriente asu salida.

3. Equipo de Corriente Alterna y Corriente Continua: Consistenen equipos capaces de poder proporcionar tanto CA como CC.Estos equipos resultan tiles para realizar todo tipo de soldaduras,pero en especial para las del tipo TIG GTAW.

Es importante en el momento de decidirse por un equipo de soldadu-ra, tener en cuenta una serie de factores importantes para su eleccin.

Uno de dichos factores es la corriente de salida mxima, la que esta-r ligada al dimetro mximo de electrodo a utilizar. Con electrodos depoco dimetro, se requerir de menor amperaje (corriente) que con elec-

Captulo 2: Soldadura por Arco Protegido 17

trodos de mayor dimetro. Una vez elegido el dimetro mximo de elec-trodo, se debe tener en cuenta el Ciclo de Trabajo para el cual fue dise-ado el equipo. Por ejemplo, un equipo que posee un ciclo de trabajo del30 % nos est indicando que si se opera a mxima corriente, en un lapsode 10 minutos, el mismo trabajar en forma Continua durante 3 minutosy deber descansar los 7 minutos restantes. En la industria, el ciclo detrabajo ms habitual es de 60 %.

Ignorar el Ciclo de Trabajo, puede traer problemas de produccin porexcesivos tiempos muertos o bien terminar daando el equipo por sobre-calentamiento excesivo.

Se deber tener en cuenta que al trabajar con bajas tensiones y muyaltas corrientes, todos los posibles falsos contactos que existan en el cir-cuito, se traducirn en calentamiento y prdida de potencia. Para evitardichos inconvenientes, se mencionan posibles defectos a evitar, a saber:

1. Defectos en la conexin del cable del electrodo al equipo.2. Seccin del cable de electrodo demasiado pequea, ocasionando

sobrecalentamiento del mismo.3. Fallas en el conductor (roturas, envejecimiento, etc.).4. Defectos en la conexin del cable del equipo al portaelectrodo.5. Portaelectrodo defectuoso (falso contacto).6. Falso contacto entre el portaelectrodo y el electrodo.7. Sobrecalentamiento del electrodo.8. Longitud incorrecta del arco.


Metal de base a soldarArco elctricoGases de combustinCoberturaVarilla

EscoriaCostura

Metal fundido

PinzaPortaelectrodos

Fig. 2.2 Esquema de un electrodo revestido en plena tarea

9. Falso contacto entre las partes o piezas a soldar.10. Conexin defectuosa entre la pinza de tierra y la pieza a soldar.11. Seccin del cable de tierra demasiado pequea.12. Mala conexin del cable de tierra con el equipo.

Una vez analizados hasta aqu los aspectos elctricos, veremos ahoralas caractersticas de los electrodos.

La medida del electrodo a utilizar depende de los siguientes factores:

1. Espesor del material a soldar.2. Preparacin de los bordes o filos de la unin a soldar.3. La posicin en que se encuentra la soldadura a efectuar (plana,

vertical, horizontal, sobre la cabeza).4. La pericia que posea el soldador.

El amperaje a utilizar para realizar la soldadura depender de:

1. Tamao del electrodo seleccionado.2. El tipo de recubrimiento que el electrodo posea.3. El tipo de equipo de soldadura utilizado (CA; CC directa e inversa).

Los electrodos estn clasificados en base a las propiedades mecni-cas del tipo de metal que conformar la soldadura (fig. 2.3; denominadocomo ncleo de alambre), del tipo de cobertura o revestimiento queposea, de la posicin en que el mismo deba ser utilizado y del tipo decorriente que se le aplicar al mismo. Las especificaciones requieren que


Fig. 2.3 Medidas de los electrodos

el dimetro del ncleo de alambre no deber variar en ms de 0,05 mmde su dimetro, y el recubrimiento deber ser concntrico con el dime-tro del alambre central. Durante aos, el sistema de identificacin fue uti-lizar puntos de colores cerca de la zona de amarre al portaelectrodo(zona sin recubrimiento). En la actualidad, algunas especificaciones re-quieren de un nmero clasificatorio o cdigo, el que se imprime sobre elrevestimiento la cobertura, cerca del final del electrodo (fig. 2.4).

A pesar de ello, el cdigo de colores se encuentra an en uso en elec-trodos de poco dimetro, en los que no permite imprimir cdigos por notener el espacio suficiente, o en electrodos extrudados con alta velocidadde produccin. Todos los electrodos para hierro, acero al carbono y aceroaleado son clasificados con un nmero de 4 de 5 dgitos, antepuestospor la letra E. Los dos primeros nmeros indican la resistencia al estira-miento mnima del metal depositado en miles de psi (del ingls Pound perSquare Inch; libra por pulgada cuadrada). El tercer dgito indica la posi-cin en la cual el electrodo es capaz de realizar soldaduras satisfactorias:

(1) Cubre todas las posiciones posibles.(2) Para posiciones Plana y Horizontal nicamente.

El ltimo dgito indica el tipo de corriente que debe usarse y el tipo decobertura. Todos estos datos se detallan en forma grupal en la Tabla 2.1y Tabla 2.2.

Por ejemplo, un electrodo identificado con E7018 nos est indicandouna resistencia al estiramiento de 70.000 psi mnimo, capaz de poderseutilizar en todas las posiciones de soldadura con CC (corriente positiva) CA, teniendo una cobertura compuesta de polvo de hierro y bajo hidr-geno. En el caso de nmeros identificatorios de cinco cifras, daremos el


Grupo de color

Punto de color

Color final

Fig. 2.4 Electrodos con identificacin de colores y cdigos impresos

ejemplo de E11018, en el cual los tres primeros nmeros indican laresistencia al estiramiento mnima, que en este caso es de 110.000 psi.

Se puede tener una terminacin compuesta de una letra y un nme-ro (por ejemplo A1; B2; C3; etc.), la cual indica aproximadamente el con-tenido de la aleacin del acero depositado mediante el proceso de solda-dura. Este valor tambin se encuentra detallado en la Tabla 2.1. La formade clasificar los electrodos es la norma AWS A5.1. Esta norma utilizamedidas inglesas. La norma CSA W48-1M 1980 utiliza como medidas elsistema internacional SI. Por lo tanto, la resistencia a la traccin en el sis-tema CSA se expresa en kiloPascales (kPa) o megaPascales (MPa). En elcaso del electrodo E7024, la resistencia a la traccin de 70.000 psi equi-vale a 480.000 kPa 480 MPa. Con la especificacin CSA, el E7024 se


TABLA 2.1 Especificaciones AWS A5.1-69 y A5.5-69

a. La letra E antepuesta a las cuatro o cinco cifras identifica alos electrodos aptos para soldadura por arco.

b. Los primeros dos nmeros de los cuatro o los tres nmerosde los cinco indican la resistencia mnima a la traccin.

E60XX 60.000 psi mnimo. E70XX 70.000 psi mnimo.

E110XX 70.000 psi mnimo.

c. El prximo dgito indica las posiciones posibles de soldadura.EXX1X Todas las posiciones.

EXX2X Plana y horizontal solamente.

d. La letra con un nmero final (por ejemplo EXXXX-A1) indicala aleacin aproximada del metal depositado por soldadura.

A1 0,5% Mo B1 0,5% Cr; 0,5% Mo B2 1,25% Cr; 0,5% Mo B3 2,25% Cr; 1% Mo B4 2% Cr; 0,5% Mo B5 0,5% Cr; 1% Mo C1 2,5% Ni C2 3,25 Ni C3 1% Ni; 0,35% Mo; 0,15% Cr D1 y D2 0,25-0,45% Mo; 1,75% Mn G 0,5% Ni; 0,3% Cr; 0,2% Mo; 0,1% V; 1% Mn (slo un elemento de la lista)

expresa como E48024. En ambos casos, las caractersticas del electrododebern ser las mismas. La diferencia en la nomenclatura responde a dis-tintos tipos de unidades entre las normas AWS y CSA.

Se podr comprobar en la prctica que la cobertura del electrodo parasoldadura por arco posee una gran influencia sobre los resultados obte-nidos. El tercero y el cuarto dgito en una designacin de electrodos decuatro nmeros (el cuarto y el quinto en una de cinco nmeros) le infor-ma al soldador experimentado sobre las caractersticas de uso. Las fun-ciones de la cobertura de un electrodo son las siguientes, a saber:

Proveer una mscara de gases de combustin que sirvan deproteccin al metal fundido para que no reaccione con el ox-geno y el nitrgeno del aire.

Proveer un pasaje de iones para conducir corriente elctricadesde la punta del electrodo a la pieza, ayudando al mante-nimiento del arco.

Proveer material fundente para la limpieza de la superficiemetlica a soldar, eliminando a los xidos en forma de esco-rias que sern removidas una vez terminada la soldadura.

Controlar el perfil de la soldadura, en especial en las solda-duras de filete o esquineras.

Controlar la rapidez con que el aporte del electrodo se funde.


TABLA 2.2 Especificaciones AWS A5.1-69Cdigo Corriente CoberturaEXX10 CC () solamente OrgnicaEXX11 CA CC (+) OrgnicaEXX12 CA CC () RutlicaEXX13 CA CC () RutlicaEXX14 CA CC () Rutilo-Hierro 30%EXX15 CC () solamente Bajo hidrgenoEXX16 CA CC (+) Bajo hidrgenoEXX18 CA CC (+) Bajo H2-Hierro 25%EXX20 CA CC () Alto xido frricoEXX24 CA CC () Rutilo-Hierro 50%EXX27 CA CC () Mineral-Hierro 50%EXX28 CA CC (+) Bajo H2-Hierro 50%

Controlar las propiedades de penetracin del arco elctrico. Proveer material de aporte, el cual se adiciona al que se apor-

ta del ncleo del electrodo. Adicionar materiales de aleacin en caso que se requiera una

composicin qumica determinada.

Algunos de los componentes de la cobertura del electrodo que produ-cen vapores o gases de proteccin bajo la accin del calor del arco elc-trico son materiales celulsicos, como algodn de celulosa o madera enpolvo. Los gases producidos son dixido de carbono, monxido de carbo-no, hidrgeno y vapor de agua.

Los componentes de la cobertura que tienen por finalidad evitar losxidos en la soldadura son el manganeso, el aluminio y el silicio.

Las coberturas son aprovechadas para incluir elementos en aleacincon el material de aporte o de relleno. De hecho, el polvo de hierro esmuy utilizado en las coberturas de los electrodos para soldadura por arco.Dando otro ejemplo, la cobertura de un electrodo puede ser el proveedorde metales tales como manganeso, cromo, nquel y molibdeno, los queuna vez fundidos y mezclados con el alma de acero del electrodo formanuna aleacin durante el proceso de soldadura.

Debido a las composiciones qumicas que los electrodos poseen en susuperfice, pueden absorver humedad del ambiente. Por dicho motivo, esrecomendable almacenar los mismos en lugares secos, libres de hume-dad. Igualmente, existen hornos elctricos para el secado previo de loselectrodos, para asegurarse de esta forma que las condiciones del apor-te son las ptimas.

Comenzando a soldar

Antes de iniciar el arco elctrico, Ud. debe conocer que suceder enla punta del electrodo. Se generar una temperatura en el orden de los3.300 y 5.550 C entre el electrodo y la pieza a soldar. El flux o fun-dente del revestimiento se calentar transformndose en sales fundidasy en vapor. Estas protegern al metal fundido de la accin de la atms-fera. De all el nombre de SMAW proveniente de las siglas en ingls, yaexplicado al comienzo de este captulo. El gas de proteccin generadoevita la accin de los gases de la atmsfera sobre la soldadura, los que


habitualmente causaran incorporacin de hidrgeno y porosidad entreotros defectos. Una vez que el metal fundido se solidific, la escoria tam-bin lo har formando una cascarilla por encima de la soldadura. Esta sepodr retirar con la ayuda de un pequeo martillo con sus terminacionesen punta llamado piqueta.

Se deber tener muy en cuenta lo siguiente. Donde se apunte o apoyela varilla de soldadura es donde ir el metal fundido. El calor junto con elmetal fundido saldrn del electrodo dirigidos hacia la pieza en forma despray. Por ello, el electrodo se deber dirigir donde se desea aportarmetal, manteniendo a su vez el arco.

La soldadura con arco protegido (SMAW) es un tipo de soldadura deuso muy comn. Si bien no resulta difcil de ejecutar, requiere de muchapaciencia y prctica para poder adquirir la pericia necesaria. En una granparte, los resultados obtenidos dependern de la habilidad del soldadorpara controlar y llevar a cabo el proceso de soldadura. La calidad de unasoldadura, adems, depender de los conocimientos que este posea. Lapericia solo se obtiene con la prctica.

Hay seis factores importantes a tener en cuenta. Los dos primerosestn relacionados con la posicin y la proteccin del operario, y los cua-tro restantes con el proceso de soldadura en s. Los mismos estn deta-llamos a continuacin, a saber:

Posicin correcta para ejecutar la soldadura. Proteccin facial (se debe usar mscara o casco). Longitud del arco elctrico. Angulo del electrodo respecto a la pieza. Velocidad de avance. Corriente elctrica aplicada (amperaje).

Cuando se menciona que el soldador est en la posicin correcta, nosreferimos a que se deber estar en una posicin estable y cmoda, pre-ferentemente de pie y con libertad de movimientos (fig. 2.5).

La metodologa indica que los pasos correctos a seguir a manera deprctica son los detallados a continuacin:

1. Colocar el electrodo en el portaelectrodo.2. Tomar el mango portaelectrodo con la mano derecha en una

posicin cmoda.


3. Sujetarse la mueca derecha con la mano izquierda.4. Apoyar el codo izquierdo sobre el banco de soldadura.5. Alinear el electrodo con el metal a soldar.6. Usar el codo izquierdo como pivote y practicar el movimien-

to del electrodo a lo largo de la unin a soldar.

Cuando se menciona que el sol-dador deber tener proteccin fa-cial, nos referimos al uso de msca-ra o casco con lentes protectores.

El mismo deber cubrir perfecta-mente la cara y los ojos.

Existen infinidad de modelos, sinembargo, para poder disponer delas dos manos en el proceso de sol-dadura, resultan ideales los cascosabisagrados, los que pueden colo-carse en su posicin baja con unligero cabeceo (fig. 2.6), lo que per-mite no alterar la posicin del elec-trodo (de las manos) ante la pieza,previo al inicio de la soldadura.


Fig. 2.5 Posicin del soldador en el banco de trabajo

Fig. 2.6 Mscara para soldar

Ahora definiremos los cuatro factores impotantes antes mencionados:

Longitud del arco elctrico: es la distancia entre la puntadel electrodo y la pieza de metal a soldar. Se deber mante-ner una distancia correcta y lo mas constante posible.

Angulo del electrodo respecto a la pieza: El electrodo sedeber mantener en un ngulo determinado respecto al planode la soldadura. Este ngulo quedar definido segn el tipo decostura a realizar, por las caractersticas del electrodo y por eltipo de material a soldar.

Velocidad de avance: Para obtener una costura pareja, sedeber procurar una velocidad de avance constante y correc-ta. Si la velocidad es excesiva, la costura quedar muy dbil,y si es muy lenta, se cargar demasiado material de aporte.

Corriente elctrica: Este factor es un indicador directo de latemperatura que se producir en el arco elctrico. A mayorcorriente, mayor temperatura. Si no es aplicada la corrienteapropiada, se trabajar fuera de temperatura. Si no se alcan-za la temperatura ideal (por debajo), el aspecto de la costu-ra puede ser bueno pero con falta de penetracin. En cambio,si se trabaja con una corriente demasiado elevada, provoca-r una temperatura superior a la ptima de trabajo, produ-ciendo una costura deficiente con porosidad, grietas y salpi-caduras de metal fundido.

Para formar el arco elctrico entre la punta del electrodo y la pieza seutilizan dos mtodos, el de raspado o rayado y el de golpeado.

El de rayado consiste en raspar el electrodo contra la pieza metlicaya conectada al potencial elctrico del equipo de soldadura (pinza de tie-rra conectada). El mtodo de golpeado es, como lo indica su denomina-cin, dar golpes suaves con la punta del electrodo sobre la pieza en sen-tido vertical. En ambos casos, se formar el arco cuando al bajar el elec-trodo contra la pieza, se produzca un destello lumnico. Una vez conse-guido el arco, deber alejarse el electrodo de la pieza unos 6 mm paraas poder mantenerlo. Luego disminuir la distancia a 3 mm (distancia co-rrecta para soldar) y realizar la soldadura. Si el electrodo no se aleja losuficiente, se fundir con la pieza, quedando pegado a ella.

Ahora explicaremos como realizar costuras, ya que resultan bsicas e


imprescindibles en la mayor parte de las operaciones de soldadura. Lospasos a seguir son los siguientes:

1. Ubicar firmemente las piezas a soldar en la posicin correcta.2. Tener a mano varios electrodos para soldar. Colocar uno en

el portaelectrodo.3. Colocarse la ropa y el equipo de proteccin.4. Regular el amperaje correcto en el equipo de soldadura y en-

cenderlo.5. Ubicarse en la posicin de soldadura correcta e inicie el arco.6. Mover el electrodo en una direccin manteniendo el ngulo y

la distancia a la pieza.7. Se notar que conforme avance la soldadura, el electrodo se

ir consumiendo, acortndose su longitud. Para compensar-lo, se deber ir bajando en forma paulatina la mano que sos-tenga el portaelectrodo, manteniendo la distancia a la pieza.

8. Tratar de mantener una velocidad de traslacin uniforme. Sise avanza muy rpido, se tendr una soldadura estrecha. Sise avanza muy lento, se depositar demasiado material.

Resulta imprescindible realizar la mxima prctica posible sobre lastcnicas de costuras o cordones. Una forma de autoevaluar si se consi-gui tener un dominio del sistema de soldadura es realizar costuras para-lelas sobre una chapa metlica. Si se logran costuras rectas que conser-ven el paralelismo sin realizar trazados previos sobre la chapa, se puededecir que ya se ha conseguido un avance apreciable sobre este tema.

Se debe tener un total dominio de las costuras paralelas (fig. 2.7) pa-ra poder realizar trabajos de relleno (almohadillado) y/o reconstruccin,los que detallaremos ms adelante en este mismo captulo.


Fig. 2.7 Ilustracin esquemtica de cordones y costuras paralelas

Cuando se aporta metal aplicando el sistema de arco protegido, resul-ta comn querer realizar una soldadura ms ancha que un simple cordn(slo movimiento de traslacin del electrodo). Para ello, se le agrega almovimiento de avance del electrodo (movimiento de traslacin) un movi-miento lateral (movimiento oscilatorio). Existen varios tipos de oscilacio-nes laterales (fig. 2.8). Cualquiera sea el movimiento elegido o aplicado,deber ser uniforme para conseguir con ello una costura cerrada, y asfacilitar el desprendimiento de la escoria una vez finalizada la soldadura.

En la fig. 2.8 se detallan los cuatro movimientos clsicos. De los movi-mientos ilustrados, el de aplicacin ms comn es el mencionado con laletra A, aunque los movimientos C y D resultan ms efectivos para rea-lizar soldaduras en metales de mayor espesor.

En la fotografa de la fig. 2.9 se observan varias pruebas de soldadu-ra realizadas con distintas corrientes y velocidades de avance. En ella,podemos clasificar a las soldaduras de la siguiente manera, a saber:

A. Costura correcta con amperaje y velocidad adecuados.B. Costura aceptable con amperaje muy bajo.C. Costura deficiente por amperaje muy elevado.D. Costura aceptable con amperaje muy bajo, ocasionando demasia-

do aporte metlico.E. Costura deficiente con corriente inadecuada.F. Costura correcta con muy poca velocidad de avance. Observar que

la costura est muy ancha y muy alta.G. Costura deficiente con corriente adecuada pero con velocidad de

avance muy elevada.

Luego de que el lector haya realizado una prctica intensiva de lo


A B C D

Fig. 2.8 Movimientos del electrodo para realizar una costura

hasta ahora detallado, podemos describir las tcnicas de rellenado (almo-hadillado) o reconstruccin. Es importante tener un dominio de las tcni-cas explicadas hasta aqu porque el relleno y reconstruccin requiere decapas sucesivas de soldadura (fig. 2.10). Para que el trabajo quede bienrealizado, se deber procurar evitar poros en las costuras en donde pue-den quedar atrapados restos de escoria de la capa anterior.


A B C D E F G

Fig. 2.9 Pruebas de costuras (Gentileza de The Lincoln Electric Co.)

Primera capa

Segunda capa

Fig. 2.10 Etapas de relleno o reconstruccin con soldadura por arco

Esta tcnica se utiliza en el relleno o reconstruccin de partes gasta-das (ejes, vstagos, pistones, etc.). Se van sumando capas sucesivas desoldadura hasta llegar a la altura de relleno necesaria. Las capas entre sdebern estar rotadas 90, y de esta forma se logra una superficie mslisa y se limiita la posibilidad de que queden poros en la capa de relleno.Cuando se realiza el relleno en las cercanas de los bordes de la pieza, elaporte de soldadura tiende a derramarse. Para evitar este efecto, se uti-lizan como lmites placas de cobre o grafito sujetas al borde a rellenar. Laplaca puesta como lmite no interviene ni se funde por los efectos delcalor producido en el proceso de soldadura (fig. 2.11).

Este mtodo resulta de suma utilidad para lograr bordes de rellenorectos, ahorrando bastante trabajo de mecanizado posterior.

Uniones bsicas con arco protegido (SMAW)

Ahora que ya hemos explicado los procedimientos para depositar cor-dones y costuras, y para realizar reconstrucciones y rellenos, podemosaplicar estos conocimientos para realizar las uniones tpicas en soldadu-ra metlica con arco protegido. Estas son cinco (fig. 2.12): A) la unin atope, B) la unin en T, C) la traslapada, D) la unin en escuadra, y E) lade canto.

Adems de las uniones detalladas, existen cuatro posiciones diferen-tes para realizarlas. Estas son la plana, la vertical, la horizontal, y sobrela cabeza. Estas posiciones se evidencian en la fig. 2.13, en la adems seilustran todas las variantes intermedias.

A la soldadura que se deposita en una unin en T se la llama solda-dura de filete. Tambin frecuentemente, se le da este nombre a la unin.


Metal base a rellenar

Placa de grafitoo de cobre

Fig. 2.11 Forma de limitar el relleno de soldadura


A

B

C

D

E

Fig. 2.12 Ilustraciones sobre los cinco tipo de uniones para SMAW

Fig. 2.13 Ilustraciones de los cuatro posiciones bsicas y sus variantes

Hay dos clases de soldadura de filete de este tipo, la horizontal y laplana. Ambas son de uso frecuente en la industria (ver fig. 2.15).

Siempre que sea posible se colocan las piezas a soldar de tal formaque queden en posicin plana. En esta posicin se puede soldar con msrapidez ya que as se pueden utilizar electrodos de mayor dimetro y tra-bajar con corrientes ms elevadas.

Los pasos a seguir para realizar una soldadura de filete horizontal son:

1. Ubicar las piezas para efectuar una unin en T (fig. 2.16 A) ouna unin traslapada (fig. 2.16 B).

2. Preparar el equipo para soldar (electrodos, elementos de se-guridad, vestimenta, regulacin de corriente, etc.).

3. Sostener el electrodo de forma tal que apunte hacia la esqui-


Fig. 2.14 Diseos de uniones habituales en soldadura

na de la unin a un ngulo de 45 con respecto a la placahorizontal (fig. 2.16 A y B).

4. El electrodo se debe inclinar de 15 a 20 en la direccin delmovimiento (fig. 2.16 A y B).

5. Soldar a lo largo de toda la unin.6. Observar con atencin si el cordn est muy alto o socavado.

Aumentar la velocidad o cambiar el ngulo del electrodo paracorregir, de existir, los posibles defectos.


Fig. 2.15 Denominacin de los tipos de soldadura

45

20

Sentido de la soldadura

Unin T

45

20


Unintraslapada

Fig. 2.16 Angulos de los electrodos para soldadura de filete

A B

Fuera de las soldaduras efectuadas en las posiciones plana y horizon-tal, las que se deban ejecutar en otra posicin (vertical y sobre la cabeza)resultarn bastante ms complicadas de realizar si no se experimenta ypractica. Siempre que se pueda, tratar de ubicar las piezas en posicinplana. De no ser esto posible, se deber soldar en la posicin en que laspiezas se encuentren.

Para soldar verticalmente, se deber experimentar con prctica inten-siva para que la fuerza de gravedad no haga caer o derramar el metal fun-dido. Teniendo en cuenta esto y sabiendo como ya dijimos que la puntadel electrodo empuja, se deber poner ste en un ngulo ligeramentenegativo respecto a la horizontal. Si la soldadura a realizar es verticalascendente, el electrodo se mover hacia arriba, alejndolo y acercndo-lo de la pieza cada 10 o 15 mm de recorrido. Esto se realiza para permi-tir que el metal fundido se solidifique.

Si la soldadura a realizar es vertical descendente, resulta ms fcil decontrolar que la ascendente, ya que el efecto de spray del electrodomantiene al material fundido en posicin. En este caso, se observa menorpenetracin que en la soldadura vertical ascendente. Por este motivo, estetipo de soldadura no es la ms recomendable para uso industrial.

Cuando se suelda en la posicin de cabeza, se debe aplicar la mismametodologa que en la soldadura vertical ascendente. Resultar necesariorealizar la soldadura en varias etapas, para evitar que se eleve demasia-do la temperatura del conjunto y permitiendo que el metal de aporte sesolidifique.

Soldadura de arco con corriente continua (CC)

Cuando se realizan las soldaduras con corriente alterna (CA), no setiene polaridad definida de ninguno de los dos electrodos. En cambio, alrealizarla con corriente continua (CC), existe un sentido nico de circula-cin de corriente y los efectos de la polaridad sobre la soldadura son muyevidentes. Por lo general, la polaridad que se adopta en CC es la inversa,la cual polariza al electrodo positivamente (+) respecto a la pieza. Conesta polaridad, el electrodo toma ms temperatura que la pieza, el arcocomienza ms prontamente, y permite utilizar menor amperaje y un arcoms corto. Con la polarizacin inversa se tiene menor penetracin que conla polarizacin directa. La polarizacin directa polariza negativamente el


electrodo respecto a la pieza. Se utiliza slo para algunos procesos parti-culares. Existen algunos electrodos que pueden ser utilizados en CC conpolarizacin directa o inversa indistintamente (llamados CA/CC), mientrasque otros son aptos solo para corriente continua directa. En la fig. 2.17 seobservan esquemticamente las dos polaridades posibles en la soldadurapor arco en corriente continua.

En la tabla 2.3 se describen algunos de los electrodos aptos para serusados con CC, detallando para que metal son aplicables.

Se darn a continuacin indicaciones sobre las condiciones de trabajopara efectuar soldaduras de diversos materiales mediante arco protegido.Comenzaremos por los aceros al carbono. Por lo general resultan difcilesde soldar por arco las lminas de acero, ya que por tener poco espesor,


Fig. 2.17 Polaridades en la soldadura por arco con CC

TABLA 2.3Material Polaridad Electrodos

CC (+) solamente E30815; E31015Acero InoxidableCA E30816; E34716

Bronce CC (+) solamente E-CuSn-CAluminio CC (+) solamente AL-43

Hierro fundido CC (+) solamente EStAcero de alta

durezaCC (+) solamente

CAE7010-A1; E8018-C3E7027-A1; E8018-C1

CA E6011; E7014; E7018Acero comnCC (+) solamente E6010; 5P; E7018

suelen perforarse o quemarse. A continuacin daremos una serie de indi-caciones puntuales para hacer este trabajo ms sencillo, a saber:

Soldar con valores de corriente bajos. Intentar con una corrien-te de 60 a 75 Ampere con electrodo de 3 mm con unacorriente de 40 a 60 Ampere con 2,5 mm.

Mantener un arco corto (poca distancia entre la punta del elec-trodo y la pieza). Esto permite lograr el calor necesario para fun-dir el material de aporte con el de base sin excesos.

Realizar puntos de soldadura para evitar quemar o perforar elmaterial. Esto ayudar, adems, a evitar deformaciones u ondu-laciones por exceso de temperatura.

Usar pinzas de anclaje, sargentos o elementos de fijacin degran superficie, permitiendo esta caracterstica aumentar la disi-pacin de temperatura de todo el conjunto y evitando as unshock trmico que pueda producir mayores deformacionessobre el material a soldar.

Si todo esto falla, utilizar tiras de cobre como respaldo de la sol-dadura a realizar. La soldadura no se adherir a las tiras o pla-cas de cobre, las que podrn ser removidas una vez que la cos-tura se haya enfriado.

Para soldar con el sistema de arco protegido el acero aleado (refi-rindonos a los aceros aleados con cromo-molibdeno), se emplea unametodologa similar a la utilizada con el acero al carbono. Por lo general,las costuras y los cordones realizados sobre acero aleado son propensosal agrietamiento cuando se enfran. Esto se debe a la estructura granu-lar que poseen los cristales de este acero. A continuacin se dan algunasindicaciones para obtener buenos resultados en la soldadura por arcoprotegido (SMAW) del acero aleado 4130 utilizando corriente alterna (CA)para su ejecucin, a saber:

Cuanto ms grande sea la pieza, ms importante deber ser elprecalentamiento que reciba la misma previo al trabajo de sol-dadura. Siempre se debe tratar de soldar a una temperatura noinferior a 20 C, y adems, se debe precalentar la zona afecta-da a la soldadura a una temperatura entre 90 y 150 C .

Precalentar la pieza con un soplete de oxiacetileno o, si el tama-


o de la misma lo permite, precalentar en horno elctrico. Utilizar siempre electrodos E7018 para efectuar la soldadura de

acero aleado tipo 4130. Asegrese de que la superficie a soldar est limpia y libre de

xido, pintura y grasa. De descuidar este aspecto, se producirsin lugar a dudas una soldadura defectuosa.

De ser posible por los espesores que la pieza posea, desbastarlos bordes de la unin a soldar formando una V (llamada uninen V). Esto favorecer a la penetracin de la soldadura.

Aunque no resulte comn su empleo, es posible efectuar soldaduraspor arco en todo tipo de aluminio (laminado, trefilado o fundido) median-te el empleo de corriente continua. El aspecto de la soldadura una vezrealizada es rugosa comparada con las costuras realizadas sobre acerocon este mismo sistema. Como en la soldadura de acero aleado, resultaindispensable el precalentado de la pieza entre 150 y 200 C previo a lasoldadura. Los electrodos a utilizar debern ser especiales para realizareste tipo de tarea. La resistencia obtenida en las soldaduras hechas porarco es de apenas un 50% de la obtenida con los sistemas de arco detungsteno protegido por gas (TIG).

Para efectuar soldaduras en acero inoxidable, no existe en particularningn problema, y la metodologa a emplear es similar a la utilizada enlos procesos para aceros al carbono y aceros aleados. Las costuras obte-nidas se vern con un buen aspecto siempre y cuando no tengan ningncontacto con la atmsfera. Por lo general, el revs de la soldadura apa-rece ennegrecida y rugosa. Este aspecto puede ser evitado mediante eluso de flux o fundente en pasta para que la soldadura no tenga con-tacto con el oxgeno de la atmsfera. Los mejores procesos para soldaracero inoxidable son el TIG y el MIG (detallados en los prximos captu-los), pero cuando no se dispone de los equipos mencionados para su rea-lizacin, se pueden hacer buenos trabajos mediante la soldadura por arcoprotegido de corriente alterna (CA). En este caso, no es necesario reali-zar precalentamiento sobre la zona a soldar.

Para efectuar soldaduras en hierro fundido o de colada, existen pro-blemas para evitar las fisuras luego de la realizacin de la soldadura. Larazn de ello es la gran rigidez que posee el material. Cuando se desearealizar una soldadura en una pieza de hierro fundido, se calienta un rea


pequea, provocando su expansin. El rea que no toma temperaturacon el proceso de soldadura resiste dicha expansin, pero desafortuna-damente, al enfriarse la zona de trabajo, pierde la batalla ya que el mate-rial es ms resistente en compresin que en expansin. Por lo detallado,el rea menos caliente (la que no recibe calentamiento directo por efec-to de la soldadura) es la que se fisura.

Por ello, resulta indispensable precalentar la pieza a soldar para deesta forma evitar fisuras en zonas cercanas a la soldadura. La tempera-tura deber estar por encima de los 200 C (no sobrepasar los 650 C).Los electrodos a utilizar debern ser los especificados para fundicin.

Segn la American Welding Society, la codificacin para los electro-dos a utilizar es Est y ENI-CI. A pesar de ello y slo a modo de comen-tario, el mtodo de Brazing resulta mejor para ser aplicado en la sol-dadura de hierro colado o fundido, pero no se realiza mediante los siste-mas de soldadura por arco, sino que se realiza por calentamiento a gascombustionado con oxgeno (oxiacetileno) o en horno. Si se desea tenermayor informacin sobre el sistema de Brazing y de soldaduras de bajopunto de fusin, se recomienda revisar lo descripto en el libro Manual deSoldadura, Soldadura Oxiacetilnica o por gas de esta misma editorial.


CAPITULO 3

SOLDADURA TIG o GTAW

Introduccin histrica

La soldadura de arco de tungsteno protegida por gas (siglas del inglsde Tungsten Inert Gas), tambin denominada soldadura por heliarco (porusarse el gas Helio como protector) o bien la denominacin ms moder-na GTAW (siglas del ingls de Gas Tungsten Arc Welding), data de muchotiempo atrs. En el ao 1900 se otorg una patente relacionada con unsistema de electrodo rodeado por un gas inerte. Las experiencias coneste tipo de soldadura continuaron durante las dcadas de 1920 y 1930.Sin embargo, hasta 1940 no se produjo una gran evolucin del procesoTIG o GTAW. Hasta antes que la 2a. Guerra Mundial comenzara, no sehaba realizado mucha experimentacin porque los gases inertes eran de-masiado costosos. Ya una vez iniciada la Guerra, la industria aeronuticanecesitaba un mtodo ms sencillo y rpido para realizar la soldadura delaluminio y del magnesio, metales estos empleados en la fabricacin deaviones. Por los incrementos en produccin logrados con este sistema desoldadura, se justific el incremento en costo por el empleo de este gas.Aunque la produccin de este gas es ahora ms econmica y rpida, anhoy representa un gasto adicional a considerar, pero ampliamente justi-ficado por los resultados obtenidos.

Descripcin preliminar

El proceso GTAW, TIG Heliarco es por fusin, en el cual se generacalor al establecerse un arco elctrico entre un electrodo de tungsteno noconsumible y el metal de base o pieza a soldar. Como en este proceso elelectrodo no aporta metal ni se consume, de ser necesario realizar apor-tes metlicos se harn desde una varilla o alambre a la zona de soldadu-ra utilizando la misma tcnica que en la soldadura oxiacetilnica. La zonade soldadura estar protegida por un gas inerte, evitando la formacin de

escoria o el uso de fundentes o flux protectores.El Helio fue el primer gas inerte utilizado en estos procesos. Su fun-

cin era crear una proteccin sobre el metal fundido y as evitar el efec-to contaminante de la atmsfera (Oxgeno y Nitrgeno). La caractersti-ca de un gas inerte desde el punto de vista qumico es que no reaccionaen el proceso de soldadura. De los cinco gases inertes existentes (Helio,Argn, Nen, Kriptn y Xenn), solo resultan aptos para ser utilizados enesta aplicacin el Argn y el Helio. Para una misma longitud de arco ycorriente, el Helio necesita un voltaje superior que el Argn para produ-cir el arco. El Helio produce mayor temperatura que el Argn, por lo queresulta mas efectivo en la soldadura de materiales de gran espesor, enparticular metales como el cobre, el aluminio y sus aleaciones. El Argnse adapta mejor a la soldadura de metales de menor conductividad tr-mica y de poco espesor, en particular para posiciones de soldadura dis-tintas a la plana. En la Tabla 3.1 se describen los gases apropiados paracada tipo de material a soldar.

Cuanto ms denso sea el gas, mejor ser su resultado en las aplica-ciones de soldadura con arco protegido por gas. El Argn es aproxima-damente 10 veces ms denso que el Helio, y un 30% mas denso que elaire. Cuando el Argn se descarga sobre la soldadura, este forma unadensa nube protectora, mientras que la accin del Helio es mucho msliviana y vaporosa, dispersndose rpidamente. Por este motivo, en casode usar Helio, sern necesarias mayores cantidades de gas (puro o mez-clas que contengan mayoritariamente Helio) que si se utilizara Argn.

En la actualidad y desde hace bastante tiempo, el Helio ha sido reem-plazado por el Argn, o por mezclas de Argn-Hidrgeno o Argn-Helio.Ellos ayudan a mejorar la generacin del arco elctrico y las caractersti-cas de transferencia de metal durante la soldadura; favorecen la pene-


TABLA 3.1 Gases inertes para GTAWMetal a soldar Gas

Aluminio y sus aleaciones ArgnLatn y sus aleaciones Helio o Argn

Cobre y sus aleaciones (menor de 3 mm) ArgnCobre y sus aleaciones (mayor de 3 mm) Helio

Acero al carbono ArgnAcero Inoxidable Argn

tracin, incrementan la temperatura producida, el ancho de la fusin, lavelocidad de formacin de soldadura reduciendo la tendencia al socava-do. Adems, estos gases proveen condiciones satisfactorias para la sol-dadura de la gran mayora de los metales reactivos tales como aluminio,magnesio, berilio, columbio, tantalio, titanio y zirconio. Las mezclas deArgn-Hidrgeno o Helio-Hidrgeno slo pueden ser usadas para la sol-dadura de unos pocos metales como por ejemplo algunos aceros inoxi-dables y aleaciones de nquel.

En las uniones realizadas aplicando el sistema TIG, el metal se puededepositar de dos formas: 1. por transferencia en forma de spray y 2.por transferencia globular. La transferencia de metal en forma de sprayes la ms indicada y deseada. Esta produce una deposicin con granpenetracin en el centro de la unin y decreciendo hacia los bordes. Latransferencia globular produce una deposicin ms ancha y de menorpenetracin a lo largo de toda la soldadura.

Por lo general, el Argn promueve a una mayor transferencia en sprayque el Helio con valores de corriente menores. A su vez, posee la venta-ja de generar fcilmente el arco, una mejor accin de limpieza en la sol-dadura sobre aluminio y magnesio (trabajando con CA) con una resis-tencia mayor a la traccin.

Equipo bsico para TIG GTAW

El equipamiento bsico necesario para ejecutar este tipo de soldadu-ra est conformado por:

1. Un equipo para soldadura por arco con sus cables respectivos.2. Provisin de un gas inerte, mediante un sistema de mangueras

y reguladores de presin.3. Provisin de agua (solo para algunos tipos de sopletes).4. Soplete para soldadura TIG. Puede poseer un interruptor de con-

trol desde el cual se comanda el suministro de gas inerte, el deagua y el de energa elctrica.

En la fig. 3.1, se observa un esquema de un equipo bsico de GTAW,en el cual se ilustra la alimentacin y salida de suministro de agua. Esteesquema, en algunos casos, puede darse sin el suministro de agua co-rrespondiente. El mismo es utilizado como mtodo de refrigeracin.

Captulo 3: Soldadura TIG o GTAW 41

Para soldar con SMAW, el tipo de corriente o polaridad que se utilicendepender del recubrimiento que posea el electrodo, en cambio en GTAW(TIG), la corriente o su polaridad se determina en funcin del metal a sol-dar. Es posible utilizar CA y CC (inversa o directa). Los equipos para sol-dar con GTAW poseen caractersticas particulares, pero admiten ser utili-zadas tambin con SMAW. Los equipos para soldadura GTAW poseen:

Una unidad generadora de alta frecuencia (oscilador de AF) quehace que se forme el arco entre el electrodo al metal a soldar.Con este sistema, no es necesario tocar la pieza con el electrodo.

El equipo posee un sistema de electrovlvulas de control, las cua-les le permite controlar el accionamiento en forma conjunta delagua y el gas.

Slo algunos equipos poseen un control mediante pedal o gatilloen el soplete.


Soplete

Equipo desoldadura

Abastecimientode electricidad

Salidade agua

Entradade agua Gas

HELIO

Fig. 3.1 Esquema de un sistema para soldadura de arco TIG

Al efectuar la soldadura con CC, se observa que en el terminal posi-tivo (+) se desarrolla el 70% del calor y en el negativo () el 30% res-tante. Esto significa que segn la polaridad asignada, directa o inversa,los resultados obtenidos sern muy diferentes.

Con polarizacin inversa, el 70% del calor se concentra en el electro-do de tungsteno. De lo antedicho se deduce que con el mismo valor decorriente (amperaje), pero cambiando la polarizacin a directa, se puedeutilizar un electrodo de tungsteno de menor tamao, favoreciendo ello alograr un arco ms estable y una mayor penetracin en la soldadura efec-tuada.

Sin embargo, la corriente contnua directa no posee la capacidad depenetrar la capa de xido que se forma habitualmente sobre algunosmetales (ej. aluminio). La corriente alterna (CA) tiene capacidad parapenetrar la pelcula de xido superficialmente sobre algunos metales, pe-ro el arco se extingue cada vez que la forma sinusoidal pasa por el valorcero de tensin o corriente, por lo que lo consideramos inadecuado. Seencontr una solucin a dicho problema superponiendo una corrientealterna de alta frecuencia (AF), la cual mantiene el arco encendido ancon tensin cero.

A continuacin, en la Tabla 3.2, se detallan las caractersticas decorriente necesarias para la soldadura TIG de diversos metales, a saber:

Como el proceso de GTAW es por arco elctrico, los primeros sople-tes que se utilizaron resultaban de una adaptacin de las pinzas portae-lectrodo de la soldadura de arco convencional (SMAW) con un electrodode tungsteno y un tubo de cobre suministrando el gas inerte sobre lazona de soldadura. El soplete actual consta de un mango, un sistema decollar para la sujecin del electrodo de tungsteno y una sistema de tobe-ra a travs del cual se eyecta el gas inerte (fig. 3.2). Pueden poseer sis-


TABLA 3.2Fuente de potenciaMetal a soldar

Preferida OpcionalAluminio CA (alta frecuencia) CC inversa

Latn y aleaciones CC directa CA (alta frecuencia)Cobre y aleaciones CC directa -Acero al carbono CC directa CA (alta frecuencia)Acero inoxidable CC directa CA (alta frecuencia)

tema de enfriamiento por aire o por agua. Cuando se utilizan corrientespor debajo de 150 Ampere, se emplea la refrigeracin por aire. En cam-bio, cuando se utilizan corrientes superiores a 150 Ampere, se emplearefrigeracin por agua. El agua puede ser recirculada mediante un siste-ma cerrado con un tanque de reserva, una bomba y un enfriador.

El collar cumple la finalidad de sujetar el electrodo de tungsteno ytransmitirle la corriente elctrica. Los hay de diferentes tamaos, y seusar el ms apropiado al tamao de electrodo seleccionado. Estos seencuentran clasificados segn el sistema AWS, en el que poseen un cdi-go segn la aleacin con que se encuentran confeccionados (Tabla 3.3).


TABLA 3.3Composicin [%]Cdigo

AWS Tungsteno Thorio Zirconio OtrosEWP 99,50 0,50

EWTh-1 98,50 0,80-1,20 0,50EWTh-2 97,50 1,70-2,20 0,50EWTh-3 98,95 0,35-0,55 0,50EWZr 99,20 0,15-0,40 0,50

Boquilla

Pantalla degas protector

Electrodo detungsteno

Arcoprotegido

Metal fundido Metal solidificado

Pasaje de gas

Direccin dela soldadura

Fig. 3.2 Esquema de un soplete para soldadura TIG

Los electrodos originalmente no poseen forma. Antes de ser usadosse les debe dar forma mediante mecanizado, desbaste o fundido. Los for-matos pueden ser tres: en punta, media caa y bola (fig. 3.3).

Los dimetros de los electrodos de tungsteno se seleccionan en fun-cin de la corriente empleada para la realizacin de la soldadura. En laTabla 3.4 se dan los rangos de corriente admisibles para cada dimetrode electrodo.

Las boquillas o toberas cumplen con dos funciones: la de dirigir el gasinerte sobre la zona de la soldadura, y la de proteger al electrodo. Lasboquillas o toberas pueden ser de dos materiales diferentes: de cermi-ca y de metal.

Las boquillas de cermica son utilizadas en los sopletes con enfria-


Fig. 3.3 Formas posibles para electrodos de tungsteno

TABLA 3.4Dimetro del electrodoCorriente

[Ampere] Pulgadas MilmetrosHasta 15 A 0,010 0,255 a 20 A 0,020 0,5115 a 80 A 0,040 1,0270 a 150 A 1/16 1,59150 a 250 A 3/32 2,38250 a 400 A 1/8 3,17350 a 500 A 5/32 3,97500 a 750 A 3/16 4,76

750 a 1.000 A 1/4 6,35

miento por aire, mientras que las metlicas son las utilizadas en los so-pletes con enfriamiento por agua.

Comenzando a usar un Sistema TIG GTAW

Este sistema de soldadura (arco de tungsteno protegido por gas) noposee diferencias significativas con lo visto hasta ahora respecto a lo queocurre en el punto de soldadura con los sistemas por arco, aunque poseemucho de los sistemas de soldadura por gas. Igualmente daremos unadescripcin de los puntos principales a tener en cuenta, a saber:

Previo a la realizacin de cualquier operacin de soldadura con TIG,la superficie deber estar perfectamente limpia. Esto es muy impor-tante ya que en este sistema no se utilizan fundentes o fluxes querealicen dicho trabajo y separen las impurezas como escoria.

Cortar la varilla de aporte en tramos de no ms de 450 mm. Resultanms cmodas para maniobrar. Previamente a su utilizacin, se debe-rn limpiar trapeando con alcohol o algn solvente voltil. An el pol-villo contamina la soldadura.

Si se es diestro, deber sostener el soplete o torcha con la manoderecha y la varilla de aporte con la mano izquierda. Si es zurdo, sedebern intercambiar los elementos de mano.

Tratar de adoptar una posicin cmoda para soldar, sentado, con losbrazos afirmados sobre el banco o mesa de trabajo. Se debe apro-vechar que este sistema no produce chispas que vuelen a su alrede-dor. Utilizar los elementos de proteccin necesarios (casco, lentes,guantes, etc.). A pesar de que la luz producida por la soldadura TIGno parezca peligrosa, en realidad lo es. Ella posee una gran cantidadde peligrosa radiacin ultravioleta.

Se deber estimar el dimetro del electrodo de tungsteno a utlizaren aproximadamente la mitad del espesor del metal a soldar.

El dimetro de la tobera deber ser lo mayor posible para evitar querestrinja el pasaje de gas inerte a la zona de soldadura.

Deben evitarse corrientes de aire en el lugar de soldadura. La msmnima brisa har que las soldadura realizada con TIG se quiebre o


fisure. Adems, puede ser que por efecto del viento, se sople o des-vanezca el gas inerte de proteccin.

Para comenzar la soldadura, el soplete deber estar a un ngulo de45 respecto al plano de soldadura. Se acercar el electrodo detungsteno a la pieza mediante un giro de mueca (fig. 3.4). Se debe-r mantener una distancia entre el electrodo y la pieza a soldar de 3a 6 mm (1/8 a 1/4). Nunca se debe tocar el electrodo de tungste-no con la pieza a soldar. El arco se generar sin necesidad de ello.

Calentar con el soplete hasta generar un punto incandescente.Mantener alejada la varilla de aporte hasta tanto no se haya alcan-zado la temperatura de trabajo correcta. Una vez logrado el puntoincandescente sobre el material a soldar, adicionar aporte con la vari-lla metlica (fig. 3.5), realizando movimientos hacia adentro y haciafuera de la zona de soldadura (llamado picado). No se debe tratar defundir el metal de aporte con el arco. Se debe dejar que el metal fun-dido de la pieza lo absorba. Al sumergir el metal de aporte en la zonade metal fundido, sta tender a perder temperatura, por lo que sedebe mantener una cadencia en la intermitencia empleada en la vari-


Fig. 3.4 Forma correcta de comenzar el arco con un sistema TIG

lla de aporte. Si a pesar de aumentar la frecuencia de picado lazona fundida pierde demasiada temperatura, se deber incrementarel calentamiento.


Movimiento dela varilla de aporte

(picado)

Fig. 3.5 Esquema ilustrando la ubicacin de la varilla de aporte

10

90

10 a 25

Fig. 3.6 Angulos de la varilla de aporte y del soplete

Previo a la realizacin de la costura definitiva, es aconsejable hacerpuntos de soldadura en varios sectores de las piezas a soldar. Deesta forma se evitarn desplazamientos en la unin por dilatacin.

El material de aporte deber ser alimentado en forma anticipada alarco (fig. 3.6), respetando un ngulo de 10 a 25 respecto al planode soldadura, mientras el soplete deber tener un ngulo de 90respecto al eje perpendicular al sentido de la soldadura y ligeramen-te cado en el eje vertical (aproximadamente 10). Es muy impor-tante que el ngulo de alimentacin del aporte sea lo menor posible.Esto asegura una buena proteccin del gas inerte sobre el metal fun-dido y reduce el riesgo de tocar la varilla con el electrodo de tungs-teno.

Antes de pasar a otro tema, describiremos en forma esquemtica lasdistintas corrientes que se pueden emplear con este tipo de soldadura.

En la figura 3.7 se pueden observar las dos polaridades posibles encorriente continua: la directa y la inversa. En la misma se distinguen ladireccin de los iones desde y hacia la pieza.

En la figura 3.8 se puede observar la misma circunstancia ilustrada enel esquema anterior, pero con una tensin alterna aplicada. En dichascondiciones, se cumplir en el semiciclo positivo y en el negativo lo yaexplicado para corriente continua, reiterndose en forma alternativa.


Gas inerte Gas inerte

CC DIRECTA CC INVERSA

Fig. 3.7 Esquemas ilustrando las dos polaridades posibles de CC

Ahora, detallaremos la informacin especfica necesaria para efectuarsoldaduras del tipo TIG en diversos metales.

W Hierro y Acero al Carbono:Como ambos pueden ser soldados con TIG utilizando el mismo pro-cedimiento, se detallan en una sola especificacin. El procedimiento aseguir deber ser el detallado:

1) Utilizar una varilla de aporte apropiada.2) Utilizar CC directa.3) Utilizar, si se dispone, el equipo de alta frecuencia.4) Utilizar, si se dispone, el sistema de refrigeracin por agua.5) Ajustar el control de corriente a 75 Ampere para espesores de

acero de 1,6 mm.6) Comenzar a soldar.

W Acero Inoxidable:El procedimiento TIG utilizado para la soldadura de aceros inoxidableses similar al detallado para hierro y acero al carbono. La nica dife-rencia radica en la necesidad de realizar una purga de oxgeno dellado trasero del material a soldar. Ello es indispensable para evitarque el metal fundido se cristalice en contacto con la atmsfera. Esteefecto debilita considerablemente la soldadura y el metal de base cer-cano a la unin. Para lograr desplazar al oxgeno de la parte traserade la soldadura, se pueden utilizar dos sistemas. Uno consiste en uti-lizar un flux especial para este tipo de situaciones. El otro sistema


Gas inerte

Fig. 3.8 Esquema ilustrando un sistema TIG con CA

consiste en desplazar el oxgeno mediante el uso de gas inerte. Paraello, se deber acondicionar la pieza a soldar segn lo ilustrado en lafig. 3.9. La cmara trasera para purga de oxgeno puede ser realiza-da con cartn y cinta de enmascarar. Se deber alejar esta construc-cin auxiliar de las zonas de alta temperatura.

W Titanio:Para lograr hacer soldaduras con TIG sobre titanio, se deber utilizarel mismo procedimiento descripto para hierros y aceros. A pesar deello, no todas las aleaciones conteniendo titanio pueden ser soldadascon este sistema. Ello se debe a la gran suceptibilidad que el titanioposee ante posibles contaminantes. A su vez, el titanio caliente reac-ciona con la atmsfera causndo fragilidad en su estructura cristalina.Si las cantidades de carbn, oxgeno y nitrgeno presentes en elmetal son altas, el grado de contaminacin ser el causante de queno se pueda realizar la unin deseada sobre el titanio.El punto fundamental a tener en cuenta es que el titanio desde unatemperatura ambiente normal (25 C) hasta los 650 C, reaccionaabsorbiendo nitrgeno y oxgeno del aire. Para lograr fundir el titanioa unir, se deber alcanzar una temperatura cercana a los 1.800 C.Con lo explicado, es evidente que el metal adquirir suficientes agen-tes contaminantes como para que la soldadura falle sin lugar a dudas.El sistema a aplicar para desplazar los gases de la atmsfera deberser similar al del acero inoxidable, pero ser importante el ciclo deenfriamiento. Se deber aguardar, antes de suprimir el flujo de gasinerte, que la temperatura del metal haya descendido naturalmentepor debajo de los 400 C.


Metal de baseArgnArgn

ArgnCinta

Cartn

Fig. 3.9 Construccin auxiliar para purga de gases atmosfricos

W Aluminio:La metodologa para la soldadura con TIG del aluminio resulta ligera-mente distinta a la del acero. Los ajustes del equipo son diferentes, yla caracterstica ms dificil de controlar es que el aluminio no cambiade coloracin cuando llega a su temperatura de fusin. Los pasos aseguir para lograr soldar sobre aluminio son:

1) El rea a soldar deber estar lo ms limpia posible, y deberestar libre de xido de aluminio. Esta limpieza se deber efec-tuar un momento antes de efectuar la soldadura. El xido de alu-minio se forma sobre la superficie del aluminio muy rpidamen-te, y no se percibe su exixtencia a simple vista. La limpieza sepuede realizar mecnicamente (cepillo de cerdas de acero inoxi-dable, tela esmeril o fibra abrasiva) o qumicamente (inmersinen soda custica al 5% durante 5 minutos). Luego lavar conagua jabonosa y enjuagar con abundante agua. Secar el rea asoldar con alcohol, acetona o algn solvente voltil.

2) Para la unin de piezas de aluminio forjado o fundido, realizaruna unin con borde achaflanado con forma de V, para lograruna mejor penetracin. Si se suelda chapa laminada de ms de1,5 mm, tambin se recomienda realizar el mismo tipo de unin.

3) Antes de tratar de soldar cualquier tipo de aleacin de aluminio,asegurarse que la aleacin en cuestin permite dicha operacin.

4) Se deber trabajar con CA, con alta frecuencia.5) De disponerse, se deber habilitar la refrigeracin por agua.6) Ajustar la corriente a 60 Ampere.7) Se deber utilizar electrodo de Tungsteno Puro, o con un 2% co-

mo mximo de Thorio. El Thorio contamina la costura en las sol-daduras de aluminio.

8) Se deber utilizar varilla de aporte 4043 (material de aporte des-nudo, sin flux, para soldadura TIG de aluminio).

9) En casos de piezas de gran tamao, se recomienda el precalen-tamiento ya que facilita la realizacin de la soldadura. Esto noresulta indispensable ya que el calor que se produce en la zonade la soldadura es suficiente para mantener la pieza caliente.

W Magnesio:El magnesio arde y puede soportar su propia combustin. El agua o


los matafuegos de polvo no extinguen el incendio provocado por mag-nesio. En trminos prcticos, la nica forma en que se puede extin-guir el fuego es dejar que se consuma todo el metal. Por lo expues-to, cuando se requiera soldar magnesio, realizarlo en un lugar abier-to, lejos de todo material inflamable. Si por cualquier circunstanciaeste se incendia, aljese y dejelo consumir, ya que es probable queno se pueda suprimir su combustin.Como con otros metales, el magnesio se deber limpiar para eliminartodo resto de suciedad y corrosin en la zona a soldar con TIG.Utilizar para remover el xido blanquecino caracterstico un cepillo deacero inoxidable o bien una viruta de aluminio o de acero. Si esto re-sultara insuficiente, se usarn productos qumicos para su decapado.Habitualmente se utiliza la siguiente proporcin (Tabla 3.5), a saber:

Se deber sumergir en la solucin de decapado y luego lavar por in-mersin en agua caliente. Dejar que la pieza se seque al aire previoal trabajo de soldadura. No sopletear con aire comprimido, puestoque puede llegar a contaminarse con suciedad, agua o aceite.En los casos en que el magnesio se encuenre aleado con aluminio, seproduce un fenmeno de fisurado y de corrosin en forma espont-nea. Para evitar este inconveniente, las aleaciones luego de soldadasdebern ser tratadas termicamente para eliminar el stress genera-do por efecto de la soldadura. De no realizar este procedimiento, sesucedern irremediablemente los efectos de la corrosin y del fisura-do. En la Tabla 3.6 se dan algunas indicaciones sobre los valores pti-mos para la soldadura TIG del magnesio, mientras que en la Tabla 3.7se dan indicaciones sobre los tratamientos trmicos a realizar sobrepiezas de laminacin y fundidas confeccionadas con magnesio aleado.En dicha tabla se especifican los cdigos de los materiales citados.


TABLA 3.5Productos y Condiciones Cantidades y Datos

Acido Crmico 200 gramosNitrato Frrico 38 gramos

Fluoruro de Potasio 0,45 gramosAgua 1.000 cm3

Temperatura 20 a 30CTiempo 3 minutos

Las condiciones de tratamiento especificadas en la Tabla 3.7 se pue-den realizar mediante cualquier sistema de calentamiento, preferente-mente en un horno o mufla.


TABLA 3.6Espesor

[mm]Corriente[Ampere]

Electrodo[mm]

Aporte[mm]

1,00 35 1,6 1,61,60 50 1,6 1,62,00 75 2,4 2,42,50 100 2,4 2,43,20 125 3,2 2,46,35 175 3,2 3,2

Los valores detallados son aproximados.

TABLA 3.7

Magnesio laminadoAleacin Temperatura (C) Tiempo (minutos)AZ31B-0 130 15

AZ31B-H24 65 60HK31A-H24 160 30HM21A-T8 190 30HM21A-T81 205 30

ZE10A 110 30ZE10A-H24 40 60

Los valores detallados son aproximados

Magnesio fundidoAleacin Temperatura (C) Tiempo (minutos)AM100A 130 60AZ63A 130 60AZ81C 130 60AZ91C 130 60AZ92A 130 60

Los valores detallados son aproximados

CAPITULO 4

SOLDADURA MIG GMAW

Descripcin histrica

En la dcada de 1940 se otorg una patente a un proceso que ali-mentaba electrodo de alambre en forma contnua para realizar soldadu-ra con arco protegido por gas. Este result el principio del proceso MIG(siglas del ingls de Metal Inert Gas), que ahora posee la nomenclaturaAWS y CSA de soldadura con gas y arco metlico GMAW (siglas del inglesde Gas Metal Arc Welding). Este tipo de soldadura se ha perfeccionadodesde sus comienzos. En algunos casos se utilizan electrodos desnudos yproteccin por gas, y en otros casos se utilizan electrodos recubiertos confundentes, similares a los utilizados en los procesos de arco protegidoconvencionales. Existe como otra alternativa, electrodos huecos conncleo de fundente. Para algunos procesos particulares, se pueden com-binar el uso de electrodos con fundente (recubiertos o huecos) junta-mente con gas protector. En este sistema se reemplaza el Argn (utiliza-do en el proceso TIG) por Dixido de Carbono (CO2). El electrodo es ali-mentado en forma continua desde el centro de la pistola para soldadura.En este momento, este proceso de soldadura, a nivel industrial, es unode los ms importantes.

Equipo bsico

El equipamiento bsico para GMAW consta de (fig. 4.1):

Equipo para soldadura por arco con sus cables. Suministro de gas inerte para la proteccin de la soldadura con

sus respectivas mangueras. Mecanismo de alimentacin automtica de electrodo continuo. Electrodo continuo. Pistola o torcha para soldadura, con sus mangueras y cables.

La principal ventaja de este sistema radica en la rapidez. Raramente,con el sistema MIG, sea necesario detener el proceso de soldadura comoocurre con el sistema de arco protegido y TIG.

Otras de las ventajas son: la limpieza lograda en la soldadura (lamayor de todos los sistemas de soldadura por arco), la gran velocidad y,en caso de trabajar con electrodo desnudo, la ausencia total de escoria.

Funcionamiento en la zona del arco

Cuando los investigadores estudiaron en que forma se transferira elmetal sobre la pieza a travs de un arco elctrico en un proceso MIG oGMAW, descubrieron tres formas en que la misma se realizaba. Estas sonla transferencia por inmersin o cortocircuito, la globular, y en determi-nadas circunstancias la transferencia por aspersin.

La transferencia por inmersin o cortocircuito se produce cuando sinhaberse producido arco, al tocar el electrodo con la pieza, se quedapegado producindose un cortocircuito. Por dicho motivo, la corriente seincrementar lo suficiente para fundir el electrodo, quedando una peque-a porcin del mismo en el material a soldar.

En la transferencia globular, las gotas de metal fundido se transfierena travs del arco por efecto de su propio peso. Es decir que el electrodo


Fig. 4.1 Esquema bsico de un equipo para soldadura MIG

se funde y las pequeas gotas caen a la zona de soldadura. Por lo deta-llado, es de suponer que esta forma de depsito no nos resultar muy tilcuando se desee realizar soldaduras en posiciones diferentes a la plana yhorizontal.

La diferencia que existe entre la deposicin globular y la transferen-cia por aspersin radica en el tamao de las partculas metlicas fundi-das que se depositan. Cuando se incrementa la corriente, la forma detransferencia de metal cambia de globular a aspersin. Esto se debe aque los glbulos son mucho ms pequeos y frecuentes, y en la prcticapermite guiarlos e impulsarlos con el arco elctrico.

En la transferencia por aspersin, se utiliza como gas protector un gasinerte puro o con una mnima proporcin de oxgeno. Esto favorecer ala conduccin de la corriente elctrica utilizada en el proceso.

Debido a las altas corrientes necesarias para lograr la transferencia,en particular con los depsitos globulares y por aspersin, el metal deaporte se vuelve muy lquido, resultando difcil controlar el correcto dep-sito en soldaduras fuera de posicin.

Captulo 4: Soldadura MIG GMAW 57

Boquilla

Pantalla degas protector

Electrodometlico

Arcoprotegido

Metal fundido Metal solidificado

Pasaje de gas


Fig. 4.2 Ilustracin de los efectos producidos en una soldadura MIG

La pistola se posicionar sobre la zona a soldar con un ngulo similaral que se empleara con un electrodo revestido de soldadura por arco pro-tegido (fig. 4.2). La distancia a la que deber quedar la pistola de lasuperficie a soldar deber ser la misma que la del dimetro de la boqui-lla de la pistola. El electrodo deber sobresalir de la boquilla aproxima-damente unos 6 milmetros. Este se alimentar en forma continua desdeun rollo externo, o bien desde uno ubicado en la misma pistola .

En las pistolas con alimentacin externa, estn las de empuje y las detraccin (fig. 4.3 B y C). En las de empuje, el electrodo es empujadodesde el alimentador y la pistola solo posiciona al mismo a travs de sussistemas de guiado interno, dentro de la misma. En las de traccin, var-an respecto a las anteriores en que el avance del electrodo se logra porel traccionamiento de un mecanismo interno en la pistola.

En las pistolas con alimentacin interna, el principio de funciona-miento es similar al de las pistolas por traccin, con la salvedad de queel electrodo continuo se encuentra dentro de la misma carcaza de la pis-tola. Este tipo de mecanismo resulta de utilidad para soldar en lugaresreducidos en los que no se puede trasladar todo el equipo (fig. 4.3 A).

Adems de lo hasta aqu detallado respecto a las pistolas, se deberproveer a las mismas de gas protector, de corriente elctrica y de agua


Fig. 4.3 Ilustracionres de los tipos de pistolas para soldadura MIG

para refrigeracin (en el caso en que el sistema posea dicha posibilidad).Independientemente del sistema

de transporte de electrodo (empuje otraccin), el mismo pasa por la parteinterna de la pistola. El sistema deguiado se observa en la fig. 4.4.

Este consta de un sistema de guaaislada seguida de un contacto met-lico que adems de funcionar de gua,le proporcionar corriente continua alelectrodo.

Documents

Manual de Soldadura Electrica Mig y Tig